考虑水体质量双槽式渡槽结构地震反应研究

摘要

我国水资源总量丰富但人均占有量不足且时空分布极不平衡,这导致我国部分地区严重缺水。为了解决我国水资源分布不均的现状,我国修建了一系列跨地区、跨流域、长距离的水资源调配工程。在这些大型输水调水工程中,渡槽作为一种交叉联系水工建筑物,得到了广泛应用。随着输水流量的不断增大,传统的单槽式渡槽已不能满足实际工程的需要,作为一种新型的渡槽结构型式,多槽式渡槽在南水北调工程中被广泛应用。典型的双槽并联渡槽有双洎河渡槽和洺河渡槽,三槽并联渡槽有漕河渡槽。由于槽墩之上的槽体与槽体内水体荷载特别巨大,这些渡槽是典型的“头重脚轻”结构,在地震作用下,这些结构型式极不利于抗震。
　　在地震作用下,渡槽会发生剧烈振动,槽壳中的水体也会相应的产生一定晃动,水体的晃动作用越是剧烈,水体与渡槽结构的耦合效果越强,这是一种复杂的流体与结构的相互作用问题。但是目前的水工抗震规范却没有提及有关渡槽流固耦合的设计方法及原则,因此有必要将流固耦合的研究理论与渡槽相结合,研究大型渡槽结构在地震作用下的动力反应。
　　本文以南水北调工程双洎河双槽式渡槽为例,用大型有限元软件ANSYS建立了考虑水体作用的三维动力分析模型,计算了该渡槽在不同水体作用下的自振特性。计算结果表明:渡槽的自振频率随着槽内水体质量的增加而降低,水体增加的越多,频率下降的越多,水体的存在延长了结构的自振周期;槽内是否有水,对双洎河渡槽的主振型影响不大。
　　采用时程分析法从动位移和动应力两方面计算了渡槽在不同地震波作用下的动力响应。计算结果表明:在不同地震波激励下,渡槽结构的横向位移和应力都随着槽内水位的增加而增大,这是由于槽壳内水体的质量增加了上部结构的重量,使作用在结构上的地震力加大的缘故;在大型渡槽的动力分析中,必须考虑槽内水体质量的影响,建立合理的动力分析模型。

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1绪论

1.1引言

1.2国内外研究历史及现状

1.3本文研究的主要内容

2考虑流固耦合的渡槽抗震理论

2.1引言

2.2流固耦合基本理论

2.3流固耦合动力分析方法

2.4渡槽动态时程法计算原理

2.5本章小结

3大型渡槽结构模态分析

3.1引言

3.2渡槽模态分析实例

3.3渡槽振动特性结果分析

3.4本章小结

4渡槽结构地震反应分析

4.1引言

4.2地震波的选择及输入

4.3渡槽地震响应分析

4.4本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果